اکسترودر پرینتر سه بعدی چیست و چطور کار میکند؟

اکسترودر پرینتر سه بعدی
اکسترودر یکی از بخشهای اصلی پرینتر سه بعدی هست که بدون اون نمیتونین چیزی پرینت کنین. تو این راهنمای کامل، همه چیز رو در مورد اکسترودرها مرور میکنیم؛ از نحوه کارشون و چطور یکی رو انتخاب کنین تا بهترین گزینههای موجود.
اکسترودر پرینتر سه بعدی چیست؟
اکسترودر اون بخشی از پرینتره که باعث میشه مواد لایه به لایه روی هم قرار بگیرن تا شیء نهایی ساخته بشه. این قسمت گاهی بهش “فیدر” هم میگن و وظیفهاش اینه که فیلامنت رو به مکان درست هدایت کنه. اکسترودر از یه موتور، یه بلبرینگ برای فشردن فیلامنت به چرخ، یه چرخدنده و یه بخش داغ (هاتاند) تشکیل شده. بخش هاتاند جاییه که فیلامنت ذوب میشه و بیشتر در موردش در مقالات دیگه مون توضیح میدیم.
بعضی وقتا اکسترودر مادهای رو روی سطح میذاره که به سفت شدن موادی که به صورت پودر هستن کمک میکنه. در واقع، عملکرد اکسترودر بسته به نوع پرینت میتونه متفاوت باشه. به عبارتی، این قطعه کوچیکه که کل فرآیند پرینت سه بعدی رو ممکن میکنه.

چاپ سه بعدی لایه های غیرمسطح برای تولید سطح صاف
(Image Source: Ahlers, Daniel. (2018))
معرفی نقش اکسترودر در پرینتر سه بعدی FDM
اکثر پرینترهای سه بعدی از فرآیندی به نام “مدلسازی به روش رسوب ذوبشده” یا همون FDM استفاده میکنن. تو این روش، فیلامنت پلاستیکی از یه بلوک گرم و نازل عبور میکنه و وقتی به دمای ذوب میرسه، روی سطح به شکل الگوهای مشخص لایهبندی میشه. این الگو تکرار میشه تا شیء سه بعدی مورد نظرتون ساخته بشه.
واژه “اکسترودر” یا “Extruder” به اون قسمتی از پرینتر اشاره داره که فیلامنت رو میکشه و ذوب میکنه تا به جای مشخصی منتقل بشه. بدون اکسترودر، نمیتونین مدلسازی رسوب ذوبشده انجام بدین.
اگه پرینتر پیشرفتهتری انتخاب کنین، ممکنه دو اکسترودر داشته باشه. این اصطلاحی برای پرینتریه که دو هد پرینت جداگانه داره. این دو هد میتونن به صورت همزمان چندین مدل رو پرینت کنن یا حتی دو شیء کاملا متفاوت رو بهطور مستقل بسازن.
برای پیدا کردن اکسترودر مناسب پرینترتون، دو گزینه دارین: اکسترودر دایرکت درایو و اکسترودر Bowden.
اکسترودر دایرکت درایو
اکسترودرهای دایرکت درایو روی هاتاند قرار دارن، به همین خاطر فاصلهای که فیلامنت باید طی کنه خیلی کمه و این به شما اجازه میده از فیلامنتهای منعطف با دقت و اطمینان بیشتری استفاده کنین.
وقتی پرینتری با اکسترودر دایرکت انتخاب میکنین، کنترل بهتری روی جمع شدن (retraction) فیلامنت دارین. دلیلش هم اینه که فاصله بین نقطه فشردهسازی و فیلامنت کمتره. این فاصله کمتر یعنی احتمال خم شدن یا شکستن فیلامنت هم موقع جمع شدن کاهش پیدا میکنه.
از طرف دیگه، اکسترودرهای دایرکت معمولاً بزرگتر و سنگینتر از بقیه گزینهها هستن. چون موتور روی هاتاند قرار میگیره، فضای بیشتری اشغال میکنه. اگر این اکسترودر بهخوبی نصب نشه، کیفیت پرینتتون کاهش پیدا میکنه و موقع تغییر جهت ممکنه حرکتهای ناگهانی یا بیش از حد داشته باشه.

اکسترودرهای دایرکت درایو: دقت بالا در فیلامنتهای منعطف، چالش در وزن و اندازه
اکسترودر Bowden
گزینه دیگهای که دارین اکسترودر Bowden هست. تو این مدل، قسمت سرد (cold end) روی هاتاند قرار نداره و بهجای اون یه لولهای بینشون قرار گرفته که فیلامنت ازش رد میشه.
چون موتور به بدنه اصلی پرینتر متصل شده، هد پرینت خیلی کوچکتره. حالا شاید بپرسین مزیت این کار چیه؟ یه کلمه: سرعت.
مکانیکهای اکسترودر Bowden فرقی با بقیه نداره و قطعات داخلیش یکیه، ولی چون هد پرینت وزن موتور رو نداره، میتونه سریعتر حرکت کنه و دقت بیشتری هم داشته باشه.
البته اکسترودرهای Bowden هم بینقص نیستن. فاصله اضافی که فیلامنت باید طی کنه گاهی مشکلاتی بههمراه داره. مثلاً چون نقطه فشردهسازی از هاتاند دوره، احتمال لگ (تاخیر) تو سیستم بیشتر میشه. از طرفی، فیلامنت موقع حرکت تو لوله ممکنه خم بشه و اگه این مشکل برطرف نشه، پرینتتون بههمریخته میشه و رشتههای اضافهای ایجاد میکنه.

اکسترودر Bowden: سرعت بالا در مقابل چالشهای کنترل فیلامنت
نحوه کار اکسترودر پرینتر سه بعدی
با اینکه ممکنه پیچیده به نظر بیاد، اما روند کار اکسترودر نسبتاً ساده است و هر قطعه نقش مهمی داره.
مثلاً موتور، که فیلامنت رو به سمت نقطه مناسب حرکت میده. چرخدندهها فیلامنت پلاستیکی رو میگیرن و با یه فشار اون رو به سمت هاتاند هل میدن.
یه راه سادهتر برای تصور این روند، مقایسهاش با یه تفنگ چسب حرارتیه. وقتی از تفنگ چسب استفاده میکنین، یه چسب سرد رو از دستگاه رد میکنین و حرارت میبینه، بعد میتونین اون رو بهطور دقیق به نقطهای که میخواین برسونین.
اگه میخوای بدونی فیلامنت چیه و چه انواعی داره این صفحه رو ببین: فیلامنت پرینتر سه بعدی
تفاوت اینجاست که تو اکسترودر پرینتر سه بعدی، به جای فشار دست شما، موتور فیلامنت رو هل میده. ولی ایده تقریباً همونه: اکسترودر باید فیلامنت رو بهطور ثابت نگه داره و بهموقع ذوبش کنه و در نقطه مناسب قرار بده.

چگونه یک اکسترودر کار می کند
قسمت سرد و قسمت گرم
قسمت سرد جاییه که فیلامنت رو وارد میکنین. از روی اسمش هم میشه حدس زد که این قسمت از اکسترودر سرد هست! تو این بخش هیچ چیزی گرم نیست و موتور و چرخدندهها فیلامنت رو از داخل پرینتر عبور میدن.
اینکه قسمت سرد کجای پرینتر قرار میگیره بستگی به نوع اکسترودرتون داره؛ مثلاً برای اکسترودرهای دایرکت درایو و Bowden فرق داره. اما به هر حال، قسمت سرد مسئول رسوندن فیلامنت به قسمت گرمه. این کار رو با هل دادن و کشیدن فیلامنت تو جهتی که پرینتر میخواد انجام میده.
خب، قسمت گرم به جز گرم کردن فیلامنت چه کاری انجام میده؟
گرم کردن فیلامنت فقط یه بخش از وظیفه قسمت گرمه. ماده باید تا دمای مناسب گرم بشه و بعد سریعاً خنک بشه، پس این قسمت باید بتونه این مرز رو بهخوبی کنترل کنه. به عبارت دیگه، قسمت گرم جاییه که فیلامنت از حالت جامد به مایع تبدیل میشه تا طرح مدنظرتون ساخته بشه.
یه فن و سینک حرارتی بهطور مداوم قسمت بالای هاتاند رو خنک میکنن. این برای جلوگیری از گرم شدن زودهنگام فیلامنت ضروریه. اگه این اتفاق بیفته و فیلامنت زود داغ بشه، کل فرآیند پرینت بههم میریزه، که بهش “خزش حرارتی” میگن.
پایین هاتاند، یه بلوک گرمکن و کارتریج، نازل، و یه دماسنج کوچیک داریم که دما رو اندازه میگیره. بلوک گرمکن معمولاً از آلومینیوم ساخته شده و به فیلامنت اجازه میده که بهراحتی به داخل نازل و در نهایت روی جسم پرینتی بره. کارتریج گرمکن با جریان الکتریکی گرم میشه و همونطور که از اسمش پیداست، بقیه قسمت گرم رو داغ میکنه.
انتخاب اکسترودر مناسب برای پرینتر سه بعدی
حالا که فهمیدین اکسترودر چطوری کار میکنه و چه قطعاتی داره، وقتشه قدم بعدی رو بردارین و یاد بگیرین چطور اکسترودر مناسب رو انتخاب کنین.
همونطور که قبلاً گفتیم، میتونین بین اکسترودر دایرکت و Bowden انتخاب کنین. جواب قطعی برای انتخاب درست وجود نداره؛ مهم اینه که نوع پروژههایی که قراره روشون کار کنین رو در نظر بگیرین.
اکسترودر استفاده شده در پرینترهای سه بعدی 3d Parsi
ما از اکسترودر های Bowden با کیفیت عالی در پرینترهای سه بعدی 3d پارسی استفاده میکنیم. اکسترودر باودن باعث میشود تا وزن هد پرینت کمتر شود و با مرور زمان دستگاه استهلاک کمتری را متحمل شود. همچنین به خاطر قرارگیری اکسترودر به صورت تفکیک شده، امکان عیب یابی احتمالی و تعمیر و تعویض آن بسیار راحت تر خواهد بود.
راهنمای انتخاب اکسترودر و هاتاند مناسب برای پرینترهای سه بعدی
اگر برنامهتون اینه که بیشتر از فیلامنتهای انعطافپذیر استفاده کنین، بهتره اکسترودر دایرکت رو انتخاب کنین. چون این نوع اکسترودر مسیر کوتاهتری تا نازل داره و شرایط رو برای فیلامنتهای انعطافپذیر بهینه میکنه. نمیگیم نمیتونین از اکسترودر Bowden با فیلامنت منعطف استفاده کنین؛ فقط محیط ایدهآلی براش فراهم نمیکنه.
اگه سرعت اولویت اصلیتونه، باید به سراغ اکسترودر Bowden برین. هد پرینت سبکتر باعث میشه با سرعت بیشتری کار کنه و مدلها رو سریعتر تموم کنین.
انتخاب اکسترودر فقط به انتخاب بین مدل Bowden و دایرکت ختم نمیشه؛ باید برای هاتاند هم انتخاب درستی داشته باشین.
مثل اینکه چه نوع فیلامنتی میخواین پرینت کنین، چون بعضی از هاتاندها میتونن به دمای بالاتری برسن، پس باید مطمئن شین که هاتاند انتخابیتون میتونه دمای مناسب برای نوع فیلامنت شما رو فراهم کنه.
حتماً به جنس موادی که هاتاند ازش ساخته شده هم دقت کنین. اگر میخواین این قطعه چند سال کار کنه و همچنان عملکرد خوبی داشته باشه، احتمالاً نمیخواین ارزونترین مدل رو انتخاب کنین. مواد باکیفیت بیشتر دوام میارن و در نهایت کیفیت مدلهاتون رو هم بالاتر میبرن.
اندازه چرخ داخل اکسترودر هم میتونه مهم باشه. شعاع بزرگتر چرخ، فیلامنت رو بهتر نگه میداره، اما برای این کار نیاز به قطعات بزرگتری دارین. فضای موجود برای پرینتر سه بعدی رو در نظر بگیرین و ببینین که چطور این موضوع روی انتخاب اکسترودر تاثیر میذاره.
بهترین اکسترودرها و هاتاندهای پرینتر سه بعدی در سال ۲۰۲۴
حالا که اصول اکسترودرهای پرینتر سه بعدی رو گفتیم، بیاین بریم سراغ بهترین گزینههای بازار در سال ۲۰۲۴.
برندهای محبوب اکسترودر برای پرینترهای سهبعدی در ایران:
E3D (مدلهای V6 و V5):

اکسترودر e3d v6
E3D تو ایران خیلی طرفدار داره، چون هم کیفیت قطعاتش خوبه و هم امکان تنظیمات مختلفی رو فراهم میکنه. مثلا اکسترودرهای این برند قابلیت تعویض نازل دارن، که کار برای پروژههای مختلف راحتتر میشه. بهعلاوه، برای مواد مختلف مثل PLA، ABS و فیلامنتهای تخصصی هم جواب میده. همین ویژگیها باعث میشه E3D بیشتر توی پرینترهای حرفهای و صنعتی استفاده بشه.
MK8:

اکسترودر mk8
این یکی از اکسترودرهای اقتصادی و پرکاربرده که توی پرینترهای ساده و خانگی بیشتر به کار میره. MK8 بهدلیل ساختار ساده و ارزونش توی بازار محبوبه. نصب و راهاندازیاش هم راحته، ولی خب شاید دقت و قدرت برندهای گرونتر رو نداشته باشه. با این حال، برای کاربرانی که تازه شروع کردن و دنبال یه گزینه اقتصادی میگردن، انتخاب خوبیه و با فیلامنتهای معمولی مثل PLA و ABS بهخوبی کار میکنه.
Creality:

اکسترودر Creality
اکسترودرهای Creality بیشتر برای اونهایی هست که به دنبال یه پرینتر با کیفیت و قیمت مناسب هستند. Creality توی ساخت اکسترودرهایی که نصب و استفاده راحتی دارن شناختهشده است و کارکرد نسبتاً خوبی داره. این برند بیشتر برای کسایی مناسبه که به دنبال چاپهای دقیق و راحت هستن، ولی نمیخوان خیلی هزینه کنن.
Anycubic:

اکسترودر anycubic
برند Anycubic هم بین کاربران ایرانی محبوبه. این اکسترودرها قیمت مناسبی دارن و برای کارهای خلاقانه و چاپهای خانگی مناسبه. همچنین با فیلامنتهای مختلفی هم سازگاری داره و کار کردن باهاش خیلی ساده است. برای کسایی که دنبال پرینتر راحت و کمهزینه هستن، Anycubic گزینه مناسبیه.
سایر اکسترودرهای محبوب
اکسترودر BondTech BMG

اکسترودر BondTech BMG
اولین گزینهای که باید بگیم اکسترودرهای BondTech هستن. این برند انقدر خوب عمل کرده که اسمش تقریبا هممعنی با اکسترودر شده.
سیستم چرخدندهای این برند از دو چرخدنده مخالف هم استفاده میکنه که فیلامنت رو از دو طرف نگه میدارن. این اولین شرکتی بود که دو چرخ رو به اکسترودر اضافه کرد و این کار تأثیر خیلی خوبی روی پرینت با فیلامنتهای منعطف گذاشت.
اکسترودرهای BondTech فیلامنت رو خوب نگه میدارن، بنابراین احتمال اینکه فیلامنت تو نقطه فشار دربره خیلی کمه. همین باعث میشه که بدون مشکلات گیرکردن، فیلامنت رو به صورت پیوسته خارج کنین و از کاهش سرعت پرینت جلوگیری کنین.
مدلهای BondTech BMG حدود ۱۰۰ دلار قیمت دارن و از نظر قیمت تو سطح متوسط اکسترودرها قرار میگیرن.
هاتاند و اکسترودر E3D Titan Aero

هاتاند و اکسترودر E3D Titan Aero
بعدی، E3D Titan Aero هست که طرفدارهای زیادی داره. مهندسهای این برند یه اکسترودر قوی اما سبک طراحی کردن که نتایج خیلی خوبی میده. این یه پکیج مستقیم و کامپکت از هاتاند و اکسترودره.
این قطعات خیلی قابلاعتماد هستن و بهعنوان بخشی از سیستم ماژولار خودشون ارائه میشن؛ به این معنی که میتونین با اکثر پرینترهای سه بعدی استفادهشون کنین. این ویژگی باعث میشه گزینه مناسبی باشه، فرقی نداره که از چه پرینتری استفاده میکنین. برای مواد منعطف هم خیلی مناسبه، چون بدنهاش جمعوجور و باریکه. این مجموعه اکسترودر با قیمت حدود ۱۰۰ دلار در دسترسه.
اکسترودر Diabase Flexion Single

اکسترودر Diabase Flexion Single
اگه هدفتون پرینت با مواد منعطفه، اکسترودر Diabase Flexion Single گزینه مناسبیه. این برند اکسترودرهاش رو مخصوصاً برای کار با مواد منعطف طراحی کرده و میتونه این مواد رو تقریباً دو برابر سریعتر از بقیه اکسترودرها خارج کنه.
اکسترودر Diabase Flexion مسیر فیلامنت رو بهطوری محدود کرده که مواد هیچ جایی برای بیرون زدن ندارن. این طراحی باعث میشه فیلامنت فقط تو مسیر کممقاومت حرکت کنه.
این اکسترودر از دندونههای خیلی کوچیک برای نگه داشتن فیلامنت استفاده میکنه، و با یه برس سیمی تمیز میشه تا همیشه عملکردش در بالاترین حد باشه. قیمت Diabase Flexion Single Extruder حدود ۱۵۰ دلاره
هاتاند Prometheus V2 از DisTech Automation

هاتاند Prometheus V2 از DisTech Automation
اگه دنبال یه هاتاند بادوام و قابلاعتماد هستین، Prometheus V2 گزینه عالیه. این مدل بهخاطر سینک حرارتیش که طراحی صاف و خاصی داره، خیلی معروفه. نازل این هاتاند از جنس استیله، پس انتظار مقاومت بیشتر در برابر سایش و پارگی رو داشته باشین.
از طرف دیگه، استفاده از نازل استیل باعث میشه بتونین چیزهایی بسازین که برای استفاده در صنایع غذایی هم مناسب باشه. اگه قصد دارین اجناسی تولید کنین که نیاز به ایمنی غذایی دارن، حتماً باید اکسترودری انتخاب کنین که این استانداردها رو داشته باشه. این هاتاند روی بیشتر پرینترهای FDM نصب میشه و حدود ۸۰ دلار قیمت داره.
اکسترودر مستقیم از راه دور Zesty Nimble

اکسترودر مستقیم از راه دور Zesty Nimble
نمیدونین بین اکسترودر Bowden و دایرکت کدوم رو انتخاب کنین؟ خب، با خرید Nimble از برند Zesty میتونین هر دو مزیت رو داشته باشین. این اکسترودر با قیمت مناسب حدود ۱۲۵ دلار عرضه میشه و امکانات هر دو نوع رو ارائه میده.
Zesty Nimble این امکان رو فراهم میکنه که فیلامنت رو مستقیم به سمت هاتاند هدایت کنه، اما سیستم محرک مثل اکسترودر Bowden نصبه. در نتیجه، وزن اضافی از روی هد پرینت برداشته میشه، و میتونین سرعت بالایی داشته باشین بدون مشکلاتی که تو اکسترودرهای با لوله Bowden ممکنه پیش بیاد.
اگه دنبال پرینت با سرعت بالا و عملکرد قوی هستین، این اکسترودر عالیه. تازه، وزنش فقط حدود ۲۵ گرمه.
هاتاند Mosquito از Slice Engineering

هاتاند Mosquito از Slice Engineering
هاتاند Mosquito از برند Slice Engineering برای عملکرد بالا طراحی شده. این مدل با داشتن فریم در قسمت سرد، از خزش حرارتی جلوگیری میکنه. فیلامنت از بلوک گرمکن عبور میکنه و فضای هوا با استفاده از سینک حرارتی مسی جریان هوا رو تقویت میکنه. این باعث میشه گرما دقیقاً همون جایی که باید بمونه و بهرهوری پرینت سه بعدی شما بیشتر بشه.
هاتاند Mosquito میتونه تا دمای ۴۵۰ درجه سانتیگراد پرینت کنه و تا ۳۰ درصد سریعتر از گزینههای دیگه عمل میکنه. بهطور کلی، گزینهای عالی برای پرینت حرفهایه و قیمتش از ۱۴۹.۹۹ دلار شروع میشه.
Flex3Drive G5
چرا Flex3Drive G5 رو باید در نظر بگیرید؟ یکی از دلایلش اینه که یه اکسترودر اوپن سورسه یعنی میتونید قطعاتش رو با پرینترهای FDM، FFF یا SLA خودتون پرینت کنید. تغییر فیلامنتها هم خیلی راحته؛ فقط کافیه یه دکمه رو فشار بدید و بقیه کار رو تنشنر انجام میده. نیازی نیست نگران شل شدن فیلامنت باشین، چون سیمپیچهای فولادی از جنس کروم محکم فیلامنت رو نگه میدارن.
این سیمپیچهای فولادی به دور هسته مرکزی پیچیده شدن و باعث میشن که انتقال بار بهخوبی بین موتور و اکسترودر انجام بشه. نیروی مکانیکی که وارد میشه، کافی هست، بنابراین نیازی به استفاده از فنرها و کلیپسهای سنگین نیست.
این مدل برای پرینتهای تیز و دقیق عالیه، فرقی نمیکنه با چه فیلامنتی کار کنید. طراحی دندونهها هم باعث میشه پرینتها روان و یکدست باشن. میتونید بین کیت سختافزاری و نسخه کامل SLS انتخاب کنید که قیمتش از ۵۵ تا ۷۱.۷۱ پوند میتونه متغیر باشه.
E3D Hemera
اکسترودر دوگانه E3

E3D Hemera
D Hemera هم انتخاب خوبی به حساب میاد. این مدل یه سیستم انتقال کاملاً سخت از جنس فولاد ضد زنگ داره. سینک حرارتی بهینهسازیشدهاش هم یه نکته مثبت دیگهست که کنترل فیلامنت رو بهتر میکنه و انعطافپذیری بیشتری میده.
این مدل بهعنوان یه سیستم اکستروژن خاصه چون میتونید هم بهصورت Bowden و هم مستقیم خریداریش کنید. سینک حرارتی جدید این مدل جریان هوا رو از بستر گرم و هاتاند دور میکنه تا از بروز مشکلاتی مثل فشارهای ناهمگون یا تاب برداشتن جلوگیری کنه.
بهترین راه برای اینکه ببینید چقدر خوب کار میکنه، اینه که خودتون امتحانش کنید! کیت E3D Hemera Bowden رو میتونید با قیمت ۷۰ پوند خریداری کنید.
اکسترودر مستقیم Micro Swiss

اکسترودر مستقیم Micro Swiss
اکسترودر بعدی، Micro Swiss Direct Drive هست. قیمت این اکسترودر با هاتاند از ۹۹.۷۵ دلار شروع میشه، بنابراین گزینهای اقتصادی و بهصرفهست.
این مدل بهعنوان یه سیستم آماده برای پرینترهای CR10 یا Ender طراحی شده، یعنی نیازی به تغییرات خاصی نداره؛ فقط وصلش کنید و کارتون رو شروع کنید. بدون براکتهای پرینتشده، راهاندازیش خیلی سادهست.
این اکسترودر سیستم دوگانه داره، گریپ قابل تنظیم برای فیلامنت داره که بارگذاری رو راحتتر میکنه، و کنترل اکسترودینگش هم عالیه. مسیر محدود فیلامنت باعث میشه دقت و سرعت پرینت بالاتر بره بنابراین از انتخاب این مدل ناامید نمیشین.
DyzeXtruder Pro

DyzeXtruder Pro
اگه دنبال یه اکسترودر با سرعت بالا، جریان زیاد و قابلیتهای دمایی قوی هستید، DyzeXtruder Pro گزینه مناسبیه. البته قیمتش حدود ۲۰۰ دلاره، اما عملکردش ارزش این هزینه رو داره.
این اکسترودر قدرتمند برای کار با هر نوع فیلامنت طراحی شده و خیلی سبکه. پس اگه ابعاد جمعوجور براتون مهمه، این انتخاب مناسبیه.
این اکسترودر میتونه تا ۲۲ پوند نیرو اعمال کنه، یعنی برای هر نوع کاربرد پرینت سه بعدی مناسبه. حتی برای پراکندگی بهتر گرما، پرههای خنککنندهای هم داره.
در مقایسه با مدلهای قبلی، اکسترودر ۱.۷۵ میلیمتری پرو بهبودهایی در قسمت بلبرینگ و دندونهها داره تا عملکردش بهینهتر بشه.


